Análisis de factibilidad para producción de energía con residuos de caña de azúcar en el Perú

1. ANÁLISIS DE FACTIBILIDAD PARA PRODUCCIÓN DE ENERGÍA
A PATIR DE RESIDUOS DE CAÑA DE AZÚCAR EN EL PERÚ
Mario Daniel Marcelo Aldana1
, Jorge Augusto Estremadoyro Ruiz2
Resumen Abstract
En este documento se hace un análisis de
factibilidad para producción de energía a partir de
residuos de caña de azúcar en el Perú. Para ello se
muestra la historia, métodos, panorama actual y
futuros prospectos de las plantaciones de caña de
azúcar relacionado a la industria del etanol y la
industria azucarera.
Se mostrarán análisis de los residuos de cosecha
(cogollo y hojas).
El bagazo es el residuo producido por los ingenios
después de que se haya extraído el jugo de la caña
de azúcar. Actualmente, este residuo es quemado
en calderas y se aprovecha la energía para generar
vapor. En tanto, los residuos de cosecha
representan una porción significativa de la energía
en la caña de azúcar y en la actualidad son dejados
en los campos o, en el peor de los casos; quemados
antes de la cosecha. En este documento se
presentarán los posibles métodos para su
aprovechamiento energético. También se mostrará
un valor estimado del potencial de generación de
electricidad proveniente de los residuos de caña de
azúcar.
Palabras Clave: bioenergía, biomasa, residuos de
caña de azúcar, energía.
The scope of this paper is to make a feasibility
analysis for energy production from sugarcane
residues in Perú. Therefore, it is shown the
history, methods, current scenario and future
prospects of sugarcane plantations related to the
ethanol industry and the sugar industry There will
be shown analysis of harvest residues (top and
leaves).
Bagasse is a mill residue, produced after
sugarcane juice is extracted from the sugarcane.
Nowadays this residue is burnt in boilers and this
energy is used to generate steam. In the other
hand, harvest residues represent a significant part
of the energy contained in the sugarcane, but it is
left in the field, or worse; burnt before the
harvest. In this paper methods for optimizing the
energy use are presented. There will also be shown
an estimated value of the electricity generation
potential from sugarcane residues.
Keywords: bioenergy, biomass, sugarcane trash, energy.
1
Ph.D. en Tecnologías Energéticas para el Desarrollo Sostenible por la Universidad de Roma La Sapienza de Italia, Ingeniero
Mecánico Eléctrico por la Universidad de Piura de Perú, Profesor Ordinario Asociado de la Sección Energía de la Facultad de
Ingeniería de la Universidad de Piura sede Piura. Correspondencia: daniel.marcelo@udep.pe
2
Bachiller en Ingeniería Mecánico Eléctrico por la Universidad de Piura de Perú, Investigador de la Sección Energía de la
Facultad de Inveniería de la Universidad de Piura sede Piura. Correspondencia: jorge.estremadoyror@gmail.com

2. Marcelo Daniel et al / ANÁLISIS DE FACTIBILIDAD PARA PRODUCCIÓN DE ENERGÍA A PATIR DE RESIDUOS DE CAÑA
DE AZÚCAR EN EL PERÚ
1. Introducción
El Perú es un país con una exquisita variedad de
recursos orgánicos y de ecosistemas, pero éstos no
se aprovechan como se debería. El caso de la caña
de azúcar se asoma interesante en este contexto.
Durante el período 1943-1968 su producción
estaba en mando de los hacendados. Bajo su
mando, la producción tuvo crecimiento sostenido,
con una tasa de crecimiento promedio de 2,92%, y
tuvo un pico de producción de 7,23 millones de
toneladas métricas de caña de azúcar en el año
1968. [1]
En el año 1969 se inició el proceso de reforma
agraria durante el gobierno militar de Juan
Velasco Alvarado. Así, en los años siguientes
alrededor de 11 millones de hectáreas [2] se
adjudicaron a cooperativas y comunidades
campesinas. Ello originó una caída en la
producción azucarera, generando problemas
políticos y sociales. Esto fue hasta que el 13 de
marzo de 1996 se promulgó el decreto “Ley de
Saneamiento Económico Financiero de las
Empresas Agrarias Azucareras”, cuya finalidad es
lograr la reactivación económica y saneamiento
financiero de empresas cuyo rubro sea agrícola y/o
agroindustriales azucareras.
El rendimiento promedio de caña de azúcar en
el Perú es de 127,8 kg/ha, teniendo rendimientos
de hasta de 141,2 kg/ha en el departamento de La
Libertad. Estos rendimientos son los más altos a
nivel mundial. Sin embargo, este dato es opacado
por los bajos indicadores de producción de caña
de azúcar; a pesar de que la producción viene
creciendo a una tasa promedio de 1.8%, en el
periodo 2002-2011, y que la mayor producción
histórica de caña de azúcar se dio en el año 2012
con 10’368,866 toneladas producidas, al
compararlo con los 426,367 millones de toneladas
producidas por Brasil, en promedio durante los
años 1992-2011, se puede observar que aún queda
mucho por crecer.[1]
Al quemar los residuos antes de la cosecha se
desperdicia gran parte de la energía contenida en
la caña de azúcar. Por ello, buscar un mejor
aprovechamiento energético toma aún más
relevancia.
Con la aprobación del Reglamento de la
Generación de Electricidad con Energías
Renovables en el año 2008 y bajo la propuesta del
Plan Nacional de Agroenergía 2009-2020, una de
las metas principales del país es el de promover e
implementar acciones de investigación para
mejorar el uso de fuentes agroenergéticas sin
afectar la seguridad alimentaria.
Figura 1. Principales rendimientos promedio mundiales.[1]
2. Plantaciones de caña de azúcar
2.1 Tipos de caña
Dentro de la producción mencionada en el anterior
apartado se encuentran las 18 principales
variedades de caña cultivadas en el Perú. Estas
difieren en su brote, crecimiento, acamamiento1
,
entre otros.
De las distintas variedades de caña, las variedades
de brote más rápido son la H44-3098, H50-7209,
H52-4610, H55-8248 mientras que las más
cultivadas son la H32-8560, H37-1933 y la P12-
745 (Azul de Casagrande). [3]
2.2 Industrias Principales
Dentro de los rubros principales se encuentran la
industria azucarera y la industria del etanol.
Respecto a la industria azucarera, la superficie
cosechada ha ido en aumento año tras año. Este
crecimiento se debe al mayor consumo de los
derivados de este cultivo. Así, cada vez una mayor
cantidad de empresas ha apostado en este rubro o
las mismas empresas han ampliado su área de
1
Accidente que consiste en que, llegadas las plantas a
cierto grado de desarrollo se inclinan o se doblan bajo la
influencia de la lluvia, del viento o de ambos a la vez.

3. Marcelo Daniel et al / ANÁLISIS DE FACTIBILIDAD PARA PRODUCCIÓN DE ENERGÍA A PATIR DE RESIDUOS DE
CAÑA DE AZÚCAR EN EL PERÚ
cultivo. En la Figura 2 se puede observar las
diversas empresas mencionadas y sus tendencias
de cultivo en los últimos siete años.
Figura 2. Superficie cosechada por la industria azucarera en
el Perú (ha). [1]
En cuanto a la industria de producción de etanol,
en el Perú se mezcla el 7.8% en volumen de etanol
pero se puede llegar hasta un 10% sin
modificaciones en el motor [4]. En Sullana-Piura
se puede encontrar la empresa Sucroalcolera del
Chira S.A., la cual cuenta con una capacidad de
producción de 350,000 lts/día y 6800 has. Cabe
resaltar que esta planta entró en producción a fines
del tercer trimestre del año 2009. También en el
valle del Chira se ubican otros dos proyectos para
la producción de etanol; MAPLE, con 14,000 has
de cultivo [5] y COMISA, con 15,000 has. Estos
dos últimos proyectos se orientan a la exportación
del etanol. Mientras MAPLE se encuentra en
operación desde el 2012 y el total de su
producción posee fines de exportación, COMISA
aún no ve luz verde para iniciar sus actividades.
2.3 Residuos de caña de azúcar
Fernandes & Oliveira (1977) publicaron data de
15 reportes sobre la relación entre la cantidad de
desechos dejados en el campo después de la
cosecha con previa quema y el rendimiento de la
caña de azúcar de éste. De estos estudios se
obtiene como promedio un 14% en peso de los
residuos dejados en el campo después de la
cosecha con previa quema, en relación con el peso
total (rendimiento de la caña de azúcar) [6], en
base seca. Este valor es considerable, por lo que se
debe buscar maneras para su aprovechamiento.
Para ello, es necesario conocer sus características
físico-químicas.
2.3 Caracterización de residuos
Para la caracterización de los desechos de la caña
de azúcar se utilizan los análisis Inmediato,
Elemental, Poder Calorífico y Termogravimétrico.
Así como también ensayos y análisis de
granulometría.
Figura 3. Resultados ensayo UDEP [7]
2.4 Aprovechamiento de los residuos
La biomasa puede ser convertida en formas útiles
de energía utilizando un número de diferentes
procesos. Los factores que influencian en la
decisión de qué proceso utilizar son el tipo y
cantidad de biomasa, la forma deseada de energía,
estándares medioambientales, condiciones
económicas, entre otros.
La conversión de biomasa a energía es
emprendido utilizando dos procesos; conversión
termoquímica y bio-química/biológica.
Dentro de la conversión termoquímica se puede
encontrar cuatro procesos: combustión, pirolisis,
gasificación y licuefacción. Mientras que la
conversión bio-química comprende dos procesos:
digestión (producción de biogás, una mezcla

4. Marcelo Daniel et al / ANÁLISIS DE FACTIBILIDAD PARA PRODUCCIÓN DE ENERGÍA A PATIR DE RESIDUOS DE
CAÑA DE AZÚCAR EN EL PERÚ
compuesta casi por completo por metano y
dióxido de carbono) y fermentación (producción
de etanol).
Se puede hacer una distinción entre los productos
de las conversiones por su capacidad para proveer
calor, electricidad y gasolinas para motor. Una
manera útil de comparar la biomasa y
combustibles fósiles es mediante las relaciones de
O:C y H:C, como se muestra en la Figura 3,
conocido como el diagrama Van Krevlen.
Mientras la relación sea menor, mayor es la
cantidad de energía contenida en el material.
A continuación se menciona algunas
características de los procesos termoquímicos a
manera de referencia para el análisis.
energética para plantas de potencia con
combustión de biomasa está en los rangos de 20%
a 40%, siendo las mayores eficiencias propias de
los sistemas sobre los 100 MWe o cuando la
planta de potencia funciona quemando biomasa y
carbón. [8]
Además, se conoce que la combustión para
generación de vapor es económica para potencias
mayores a 3 MWe. El costo por MWe instalado es
cerca de 1 millón de dólares. [9]
Gasificación
La gasificación genera un gas producto en el cual
la energía está almacenada en sus enlaces
químicos. En la gasificación ocurre una oxidación
parcial a elevadas temperaturas (800-1000°C) del
combustible sólido para obtener el gas próximo a
quemar. El gas producido es un gas de bajo poder
calorífico alrededor de los 4-7 MJ/Nm3
(si el
agente oxidante es aire) o de 10 a 18 MJ/Nm3
si el
agente oxidante es vapor u oxígeno. En la
composición de este gas se puede encontrar CO,
CO2, H2, CH4, N2 (si el agente oxidante es
oxígeno o vapor), alquitrán, entre otros elementos.
Para aplicaciones de gasificación la biomasa debe
tener un contenido de humedad del 10% al 20%,
siendo los valores cercanos al 10% los más
deseados.
Pirolisis
Figura 3. Diagrama Van Krevlen. [8] 2.5 Energía potencial de los residuos
Tomando en cuenta las hectáreas cosechadas y las
potenciales para la plantación de caña de azúcar,
se tiene un total de 35800 hectáreas empleadas
Este proceso puede ser utilizado para producir bio-
combustibles predominantemente si se utiliza la
pirolisis rápida, dando como resultado la
conversión de biomasa a bio-crudo con una
eficiencia de hasta 80% [4].
Combustión
La combustión de biomasa produce gases
calientes a temperaturas alrededor de 800-1000°C.
Es posible quemar cualquier tipo de biomasa, pero
en práctica la combustión solo es posible para la
biomasa con contenido de humedad <50%, con
excepción de la biomasa que haya sido secada
antes. La eficiencia neta de conversión bio-
para la producción de etanol y 81149 hectáreas en
los ingenios azucareros.
En total se tiene 116949 has. Al considerar el
rendimiento promedio de caña de azúcar de 127.8
kg/ha, se obtiene 14946.08 toneladas de caña de
azúcar. Así, y tomando que los residuos dejados
en el campo representan el 14% en peso, se tendrá
2092.45 toneladas de residuos de caña de azúcar
por año. Se asume que se deja un 30% de residuos
de caña en el campo, debido a las características
ambientales de la costa del Perú, método de riego,
entre otros.
De [10] se tiene que 1 tonelada de hoja de caña
genera 500kWh para exportación, por lo que en el

5. Marcelo Daniel et al / ANÁLISIS DE FACTIBILIDAD PARA PRODUCCIÓN DE ENERGÍA A PATIR DE RESIDUOS DE
CAÑA DE AZÚCAR EN EL PERÚ
Perú se tendría 732.36 MWh de energía disponible
en los residuos de caña de azúcar para aprovechar
anualmente.
3. Resultados y Discusión
Se puede observar que la energía potencial
eléctrica para aprovechar a partir de los residuos
de caña de azúcar es grande. Por ello conviene
estudiar más los procesos relacionados con la
recolección de caña y residuos para optimizarlos y
hacer este aprovechamiento económicamente
viable.
En el presente trabajo se hizo un análisis sobre el
aprovechamiento termoquímico de los residuos de
caña de azúcar, tomando la combustión como el
proceso a utilizar. Se hizo esto porque el proceso
de combustión es el más utilizado y documentado
en comparación con los demás, sin embargo, el
proceso de gasificación tiene bastante importancia
en aplicaciones rurales.
El porcentaje de residuos dejados en el campo es
pequeño a comparación de los observados en
documentación, en donde se llega a dejar hasta el
70%, pero al comparar los climas del país donde
se hizo este experimento (Brasil) y Perú, salta a la
vista la diferencia en las técnicas de riego. En
Brasil la técnica de riego es por aprovechamiento
de la lluvia, que es bastante constante en casi todo
el país, mientras que en el Perú, la técnica de
riego es riego con goteo, donde se incluyen
nutrientes. Ya que una de las finalidades de dejar
los residuos en el campo es la reabsorción de
nutrientes por parte del suelo, en Perú no se ve
necesario dejar altos porcentajes.
4. Conclusiones
Basado en la información y data presentada, se ha
concluido y se sugiere lo siguiente:
• Se ha observado que el Perú en particular
produce grandes cantidades de residuos de
caña de azúcar, pero no se utilizan con
propósitos energéticos, sino que, mas bien,
las emisiones producidas por la quema en
campo genera previa a la cosecha altos
grados de contaminación ambiental.
• Es necesario el aprovechamiento
energético de los residuos de caña de
azúcar no solo por evitar la contaminación,
sino por el alto potencial energético
disponible. Este potencial energético puede
significar un ingreso más para los ingenios
al inyectar la energía eléctrica al sistema,
por ejemplo.
• Se sugiere desarrollar sistemas de cosecha
para recolectar los residuos del campo y
llevarlos al ingenio. El problema principal
que se puede encontrar con estos sistemas
es el impacto económico, debido a la baja
densidad de los residuos.
• Se sugiere estudiar a fondo las tecnologías
para el aprovechamiento energético. Por
ejemplo, la gasificación de residuos de
caña de azúcar posee un panorama
prometedor para su aprovechamiento.
Estudios en India y Brasil lo demuestran.
Referencias
[1] F. Oviedo, L. Casanova, “Caña de Azúcar
Principales Aspectos de la Cadena
Agroproductiva”, Dirección General de
Competitividad Agraria, Ministerio de
Agricultura del Perú, 2013
[2] Centro Peruano de Estudios Sociales, “La
Revista Agraria”, Marzo 2011, pp.12
[3] Ministerio de Agricultura y Riego, “Azúcar”
[online]. Perú: Ministerio de Agricultura y
Riego, Disponible en:
http://www.minag.gob.pe/portal/sector-
agrario/agricola/cultivos-de-importancia-
nacional/az%C3%BAcar/az%C3%BAcar23.
[4] Petróleos del Perú PETROPERU S.A
[online], Disponible en:
http://www.petroperu.com.pe
[5] Fernando Eguren, “Concentración de la
propiedad de la tierra”, Perú: CEPES,
2011,Disponible en:
http://www.ceplan.gob.pe/sites/default/files/
Documentos/concentraciondelapropiedaddela
tierra.pdf

6. Marcelo Daniel et al / ANÁLISIS DE FACTIBILIDAD PARA PRODUCCIÓN DE ENERGÍA A PATIR DE
RESIDUOS DE CAÑA DE AZÚCAR EN EL PERÚ
[6] M. Kishimba,. “The Potential of Energy from
Sugar Cane Wastes in Tanzania”, AFREPEN
(African Energy Policy Research Network),
2000.
[7] H. Gonzáles Mora, “Análisis de muestras”,
Departamento Académico de Industrias
Forestales, Universidad Agraria La Molina,
Lima, Tech. Rep. N° 11/03-2014-LPP, Mar.
2014.
[8] P. McKendry, “Energy production from
biomass (part 2): conversion technologies”.
Bioresource Technology 83, Reino Unido,
2002.
[9] Combustion Gasification & Propulsion
Laboratory [online]. India: Dept of
Aerospace Engineering, Institute of Science,
2011, Disponible en:
http://cgpl.iisc.ernet.in/site/FAQ/MostFreque
ntlyDiscussedIssues/CombustionvsGasificati
on/tabid/163/Default.aspx
[10] C. Silvestrin, “Programa Bioeletricidade
2011-2020, Reduzindo Emissoes &
Agregando Valor ao Setor Elétrico”, Brasil:
COGEN, 2011, pp. 7.